石墨烯：前景广阔的二维纳米材料

超配 化学新材料Ⅱ 新材料专题系列报告（三） （维持评级） 2020年08月20日 行业专题 石墨烯：前景广阔的二维纳米材料 石墨烯：性能强大的新材料之王 石墨烯属于二维碳纳米材料，具有优秀的力学特性和超强导电性导热性等出色的材料特性，其下游应用主要涵盖基础学科、新能源电池、柔性显示屏、传感器及复合材料等领域。石墨烯的大规模商业应用方向主要分为粉体和薄膜，其中石墨烯粉体目前主要用于新能源、防腐涂料等领域，石墨烯薄膜主要应用于柔性显示和传感器等领域，其中来自新能源的需求超过70%。工业化生产石墨烯常用CVD化学气相沉积法，是目前被认为最有希望实现石墨烯薄膜大规模制备的方法。 相关研究报告：《新材料专题系列报告（二）：碳纤维：轻量化 应用前景广阔的特种纤维》——2020-08-10《新材料专题系列报告（一）：碳纳米管：优秀的新型导电材料》——2020-07-31《新能源汽车全产业链基础系列研究报告之 四：湿法隔膜扩产潮，百舸争流快者先》——2017-11-02 应用领域不断拓展，市场规模持续增长 全球石墨烯行业市场规模呈稳步增长态势。预计到2020年末，全球和国内石墨烯行业市场规模分别为95亿美元和200亿元，中国石墨烯市场规模约占全球石墨烯总市场规模的30%，并有逐年提高的趋势。 证券分析师：龚诚电话：010-88005306E-MAIL：gongcheng@guosen.com.cn证券投资咨询执业资格证书编码：S0980519040001证券分析师：商艾华 国内石墨烯应用最广泛的下游领域是新能源相关领域，包括新能源超级电容与锂电池导电剂，随着2020年新能源汽车持续加速渗透，行业将迎来高增速。全球石墨烯导电剂市场规模预计2020年达到139亿元，年复合增长率约为64%，石墨烯超级电容市场预计2021年底达到0.84亿美元，到2030年有望达到6.09亿美元，年复合增速超过20%。 电话：E-MAIL：shangaihua@guosen.com.cn证券投资咨询执业资格证书编码：S0980519090001联系人：万里明 电话：010-88005329E-MAIL：wanliming@guosen.com.cn 除此之外，防腐涂料领域，2019年国内防腐涂料产量增速达到18%，石墨烯防腐材料热稳定和抗菌性能优势显著；石墨烯柔性屏方面，可穿戴设备是主要需求驱动力；传感器方面，石墨烯化学敏感性强，在医学等领域前景广阔，2019年石墨烯传感器市场达到了2亿元，增速达到70%。 国内外行业处于起步阶段，静待下游大规模应用 石墨烯行业正处于大规模产业化前夕，世界各国对于石墨烯都给予了高度重视，全球已有80多个国家投入石墨烯的研发、生产，欧美企业占据全球石墨烯产业链关键环节，而亚洲石墨烯应用市场前景向好。 中国石墨烯行业正处于市场导入期，产品尚未成熟，行业利润率较低，但市场增速快。目前我国已经形成京津冀鲁、长江三角洲和珠江三角洲的三大聚合区，多地分布式发展的石墨烯产业格局。中国石墨烯龙头企业发展显著，现已有上市公司10余家，主要研究领域集中于石墨烯导电剂、柔性显示、导热材料等方面，已初步具备大规模生产石墨烯薄膜和粉体的能力。 独立性声明： 风险提示 作者保证报告所采用的数据均来自合规渠道，分析逻辑基于本人的职业理解，通过合理判断并得出结论，力求客观、公正，其结论不受其它任何第三方的授意、影响，特此声明 下游应用领域技术发展不及预期；石墨烯大规模制备技术发展缓慢；成本降低幅度不及预期。 图表目录 图1：典型的石墨烯结构图..........................................................................................5图2：单层石墨烯是其他碳材料的基本元素.................................................................5图3：石墨烯透光性与层数之间的线性关系.................................................................6图4：石墨烯薄膜导热性能测试结构示意图.................................................................6图5：石墨烯产业链.....................................................................................................7图6：2018年全球主要天然石墨生产国可开采储量统计.............................................7图7：2007-2018年全球天然石墨行业产量情况（千吨）...........................................7图8：2014-2018年中国石墨行业产量情况.................................................................8图9：石墨烯制备工艺图比较......................................................................................9图10：化学气相沉积法制备石墨烯示意图...................................................................9图11：氧化还原法制备石墨烯的过程..........................................................................9图12：2016-2021年全球石墨烯行业市场规模及预测（亿美元）.............................10图13：我国石墨烯市场规模（亿元）........................................................................10图14：国内石墨烯应用领域市场规模占比结构.........................................................11图15：全球石墨烯超级电容市场规模（百万美元）..................................................12图16：石墨烯在导电剂领域的市场规模及预测（亿元）...........................................16图17：全球动力锂电池行业市场规模统计及预测（亿美元）....................................16图18：全球可穿戴设备产业市场规模（亿美元）......................................................18图19：中国可穿戴设备产业市场规模（亿元）.........................................................18图20：石墨烯在传感器领域中的国内市场规模（亿元）...........................................18 表1：石墨烯分类........................................................................................................5表2：石墨烯的优异特性..............................................................................................6表3：石墨烯制备方法和优缺点...................................................................................8表4：石墨烯应用领域及具体用途说明......................................................................11表5：超级电容不同材料性能对比.............................................................................12表6：超级电容器、传统电容器和传统电池对比........................................................12表7：现有导电剂参数对比........................................................................................15表8：石墨烯、ITO膜与银纳米线用于柔性显示的优缺点..........................................17表9：世界各国石墨烯布局图....................................................................................19表10：世界各国龙头企业石墨烯相关领域发展成果..................................................19表11：我国石墨烯产业布局情况...............................................................................20表12：中国石墨烯龙头企业相关领域发展成果.........................................................20 石墨烯：性能强大的新材料之王 石墨烯简介：性能出色的二维碳纳米材料 石墨烯是2004年用微机械剥离法从石墨中分离出的一种由碳原子以sp²杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料，英文名为Graphene，为一层碳原子构成的二维晶体。石墨烯与其他有机高分子材料相比，有比较独特的原子结构和力学特性，它的σ键与其他碳原子链接成六角环的蜂窝式层状结构，且每个碳原子的垂直于层平面的pz轨道可以形成贯穿全层的多原子的大π键，因而具有优良的导电和光学性能。石墨烯的理论杨氏模量达1.0TPa，固有的拉伸强度为130Gpa，是已知强度最高的材料之一，同时还具有很好的韧性，且可以弯曲，被誉为“新材料之王”、“黑金”。 资料来源:《基于双层石墨烯结构的波导型太赫兹调制器设计》、国信证券经济研究所整理 资料来源:《平面四边形石墨烯结构的能带和光学特性模拟》、国信证券经济研究所整理 石墨烯按照层数可分为单层石墨烯、双层石墨烯、少层石墨烯和多层石墨烯。按照功能化形式可以分为氧化石墨烯、氢化石墨烯、氟化石墨烯等。按照外在形态、又可分为片、膜、量子点、纳米带或三维状等。 石墨烯特点：具有优异的力学和光电热性能 石墨烯具有超强导电性、良好的热传导性、良好的透光性、溶解性、渗透率、高柔性和高强度等出色的材料特性。正因为这些性能，使它可应用领域非常广泛，主要集中在基础学科、新能源电池、柔性显示屏、传感器及复合材料等领域。 资料来源:CNKI、国信证券经济研究所整理 资料来源:CNKI、国信证券经济研究所整理 石墨烯产业链趋于完善，下游需求领域不断拓展 石墨烯产业链结构完善，下游应用领域广泛但仍需探索 石墨烯材料本身表现出优异的性能，其下游应用领域非常广泛，可应用在电池